Масса нейтрино остаётся одной из важнейших загадок современной физики. Эти элементарные частицы, лишённые электрического заряда и чрезвычайно лёгкие, нарушают Стандартную модель тем, что обладают ненулевой массой, чего исходно не предусматривала теория. Доказательством этого являются нейтринные осцилляции — явление, при котором нейтрино меняют свои типы (или вкусы) по мере движения, что возможно только при наличии массы. Однако источник этой массы по-прежнему неясен и вызывает активные споры в научном сообществе.
Одним из перспективных подходов к объяснению массы нейтрино считалась их связь с тёмной материей — гипотетической формой вещества, составляющей около 85% массы во Вселенной, но до сих пор не обнаруженной напрямую. В рамках одного из сценариев предполагалось, что масса нейтрино формируется в результате взаимодействия с так называемым тёмным сектором, в частности с ультралёгкими бозонными полями. Такие поля, обладая когерентной природой и низкими массами (менее 10 эВ), должны были бы вызывать осциллирующее влияние на нейтрино — как во времени, так и в пространстве.
Чтобы проверить этот механизм, учёные из Шанхайского университета Цзяотун и Университета Салерно провели количественный анализ модели, в которой масса нейтрино определяется их взаимодействием с тёмной материей. В рамках этого подхода учитывались как временные, так и пространственные вариации поля тёмной материи, а также движение Земли относительно тёмного фона в галактике. Исследование использовало данные крупного нейтринного детектора KamLAND, наблюдающего антинейтрино из ядерных реакторов и изнутри Земли.
Результаты оказались недвусмысленными: теория, связывающая массу нейтрино с тёмным сектором, оказалась в противоречии с экспериментальными данными. Модель с вакуумной, постоянной массой нейтрино обеспечивает значительно лучшее согласование с наблюдаемыми колебаниями антинейтрино, чем динамическая масса, зависящая от тёмных полей. Вероятности выживания нейтрино в разных энергетических диапазонах, измеренные на установке KamLAND, не демонстрируют признаков взаимодействия с осциллирующим тёмным фоном.
Это открытие не просто исключает один из популярных механизмов — оно сужает возможный круг источников массы нейтрино, подталкивая физиков к более строгим моделям за пределами Стандартной модели. Возможные направления включают механизмы типа Си-Зе (see-saw), в которых масса нейтрино объясняется за счёт взаимодействия с гипотетическими тяжёлыми правыми нейтрино, а также сценарии, в которых действуют новые силы, не связанные с известными полями.
Авторы работы подчёркивают, что их модель была проверяема — и именно это придаёт вес её исключению. Следующий этап предполагает анализ будущих данных от более чувствительных экспериментов, таких как JUNO и DUNE, которые смогут обнаружить малейшие отклонения от предсказаний модели с постоянной массой. Особое внимание будет уделено возможности обнаружения тонких временных или пространственных колебаний в параметрах осцилляций.
Кроме того, исследователи планируют перенести свой подход на другие квантовые системы. Атомные часы, ядерные магнитометры и другие прецизионные установки также могут быть чувствительны к взаимодействию с тёмной материей и открывают новые горизонты для лабораторной проверки фундаментальных моделей. Таким образом, исключение одного сценария не означает конец исследований, а скорее задаёт более чёткий вектор для поиска истинной природы массы нейтрино и возможной связи с космическими структурами невидимой материи.